新型硅芯片有朝一日可能取代受损的脑细胞

让位吧，“六百万美元的男人”。自半个世纪前第一个人工心脏起搏器被植入以来，甚至可以追溯到更早，人类就一直致力于创造能够修复和替换我们自身身体部位的技术。在某些情况下，这些设备通过模仿人体生物学来工作。

现在，科学家们已经成功地复制了一个特别难以捉摸的生物过程：神经元的电活动，其中包括脑细胞。神经元以电信号的形式在全身传递信息。

在今天发表于《自然-通讯》的研究中，一个由英国巴斯大学科学家领导的团队描述了一种制造硅芯片的方法，他们声称这种芯片可以像真正的神经元一样运作。研究人员表示，这项技术有一天可能用于修复因疾病受损的神经系统部分。

从生物到仿生

构建人工神经元、突触和整个大脑网络的想法并非新鲜事。例如，在“1991”年，科学家们创造了一种模仿真实神经元的硅芯片。但研究人员在很大程度上将生物过程作为这些设备的灵感来源，而不是试图精确地复制单个脑细胞的行为。

然而，科学家们越来越多地转向生物电子设备：微电路、电极和传感器等技术，这些技术可以植入体内，以潜在地治疗慢性疾病。

该研究的作者认为，这种转变需要能够传输生物细胞和生物电子电路之间信息的通信技术。然后，微电路和其他设备将能够处理进出神经系统的“原始”刺激。理想情况下，这些设备将像正常的神经元一样与患者的神经系统接口。

为此，研究人员需要设计一种能够以与实际脑细胞相同的方式响应电信号的芯片。

巧妙的模仿

在这项研究中，研究人员着手设计一种模仿离子通道的微电路——离子通道是充当闸门的蛋白质，允许带电分子通过细胞壁。他们还参考了大量脑细胞电活动记录的数据集。

接下来，科学家们成功制造出了复制了海马体（在学习和记忆中起关键作用）和呼吸系统单个神经元行为的硅芯片。在对这些芯片进行了 60 种不同类型的电刺激后，他们发现这些合成神经元产生的电响应与生物脑细胞几乎相同。

在论文中，研究人员描述了该设备如何可能为疾病治疗提供新的可能性。他们指出，呼吸神经元负责调节影响某些呼吸和心脏功能的节律。当这些节律退化时，通常是由于年龄或疾病，可能导致睡眠呼吸暂停甚至心力衰竭等疾病。

作者们提出，一个人工神经元或一组人工神经元，通过填补衰老脑细胞的空白，有一天可能为这些和其他疾病提供潜在的疗法。